ANALISIS PERBAIKAN FAKTOR DAYA UNTUK. MEMENUHI PENAMBAHAN BEBAN 300 kva TANPA PENAMBAHAN DAYA PLN

(1)

TANPA PENAMBAHAN DAYA PLN

1. Ir. H. Mohammad Amir., M.Eng 2. Aji Muharam Somantri

Konsentrasi Teknik Tenaga Listrik, Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri – Institut Sains & Teknologi Nasional Jl. Moch Kahfi II, Srengseng Sawah, Jagakarsa, Jakarta Selatan,

12630 e-mail : ajimuharamsomantri@ymail.com

Abstrak

Permasalahan yang terjadi pada penelitian ini adalah banyaknya beban-beban induktif yang diakibatkan oleh beban-beban yang terpasang. seperti penerangan dengan menggunakan lampu TL, motor listrik untuk menjalankan lift dan tenaga listrik untuk chiller. Kondisi ini membuat nilai faktor dayanya menjadi rendah, disisi lain total daya terpasang masih jauh di bawah kapasitas daya suplai PLN. Perhitungan besar daya reaktif dan kapasitas kapasitor bank yang sesuai dengan kebutuhan beban ini akan membantu meminimalkan nilai faktor daya yang rendah yang akan berpengaruh pada optimalisasi suplai tenaga listrik dan kenyamanan aktifitas operasional. Analisa pada penelitian ini sangat penting dilakukan untuk mengetahui berapa besar perbaikan faktor daya yang harus dipasang pada sistem tenaga listrik sehingga pembebanan daya terhadap kapasitas suplai PLN berada pada kondisi optimal. Dengan melakukan perbaikan faktor daya sebesar 565 kVAR dapat menurunkan nilai daya reaktif dan meningkatkan nilai daya semu, sehingga total konsumsi daya semu dan reaktif hampir berada pada nilai yang sama dan penambahan daya baru dapat dilakukan tanpa penambahan suplai daya PLN.

Kata kunci : Daya reaktif, Faktor daya, Kapasitor Bank.

(2)

Pendahuluan

PT. Toyota Motor

Manufacturing Indonesia adalah sebuah perusahaan otomotif internasional yang memproduksi assembly mobil dan service part baik untuk kebutuhan domestik maupun export. Total kapasitas produksi perbulan mencapai 15.000 unit untuk mobil dan lebih dari 30.000 service part diproduksi untuk kebutuhan domestik dan export. Untuk memenuhi kebutuhan listriknya, PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia disuplai oleh PLN dan mempunyai backup sumber daya sendiri berupa diesel generator. Area kebutuhan listrik ini terbagi menjadi dua bagian yakni Main Office area dan Manufacturing area.

Dalam penelitian ini, penulis akan melakukan perhitungan dan analisis perbaikan faktor daya, analisis mengenai prinsip kerja dan pengaruh jenis beban yang dipasang terhadap kualitas listrik (tegangan, arus, power factor, rugi-rugi daya), persentase optimalisasi pemanfaatan daya, pengaruh terhadap denda daya reaktif bulanan serta analisis terhadap hal-hal yang harus diperhatikan dalam pemasangan kapasitor (seperti kondisi beban, lokasi pemasangan).

Optimalisasi perbaikan faktor daya ini dilakukan dengan memasang kapasitor bank di sisi sumber dengan melakukan perhitungan dan analisis yang tepat guna mendapatkan nilai optimal untuk kapasitor yang akan dipasanag. Disamping untuk mengoptimalakan konsumsi daya aktif, penelitian ini bertujuan untuk menghitung dan menganalisa penambahan beban baru tanpa penambahan suplai baru dari PLN, sehingga menjadi lebih ekonomis dan efisien tanpa mengurangi kualitas energi listrik yang digunakan.

Permasalahan

Permasalahan dalam penelitian ini adalah Suplai daya PLN sebesar 1250 kVA yang ada pada konstruksi lama tidak mampu menanggung penambahan beban baru sebesar 300 kVA dikarenakan daya listrik PLN (kVA) yang terpasang belum pada kondisi optimal, nilai cos  dibawah 0.85 dan beban yang ada hampir mencapai batas arus yang diijinkan, sedangkan daya (kW) yang terpasang masih dibawah daya kontrak PLN.

Tujuan Penelitian

(3)

1. Mengoptimalkan konsumsi daya dengan melakukan kompensasi daya reaktif pada sistem kelistrikan gedung.

2. Menganalisa perbaikan faktor daya dengan menentukan nilai kapasitor bank yang akan dipasang.

3. Mengetahui pengaruh perbaikan faktor daya terhadap konsumsi total beban, arus dan daya yang terpasang.

Lokasi Penelitian

PT. Toyota Motor Manufacturing

Indonesia

Batasan masalah

Agar penulisan skripsi ini lebih terarah dan tepat sasaran, maka penulis melakukan pembatasan masalah yaitu : 1. Pembahasan aplikasi kapasitor bank

sebagai upaya untuk perbaikan faktor daya/ perhitungan koreksi faktor daya.

2. Perhitungan kompensasi daya reaktif yang dibutuhkan oleh PT. Toyota Motor Manufacturing Indonesia. 3. Perhitungan nilai kapasitor bank

yang akan dipasang disimulasikan pada sistema distribusi jaringan dengan menggunakan bantuan ETAP 12.6 simulator.

4. Perencanaan instalasi capacitor bank pada beban 860 kW/380V.

Faktor Daya

Faktor daya yang dinotasikan cos φ didefinisikan sebagai perbandingan antara arus yang dapat menghasilkan kerja didalam suatu rangkaian terhadap arus total yang masuk kedalam rangkaian atau dapat dikatakan sebagai perbandingan daya aktif (kW) dan daya semu (kVA) (Rizal, 2012).

Gambar 1. Segitiga Daya

Dimana :

P : Daya Aktif ( kW )

Q : Daya Reaktif ( kVAR) S : Daya Semu (kVA)

Hubungan ketiga jenis daya adalah sebagai berikut :

S2 = P2 + Q2……….….(1)

kVA2 = kW2 + kVAR2…………..….(2) kW = kVA Cos ….………….……(3) kVAR = kVA Sin …………..………(4)

(4)

Kapasitor Daya

Kapasitor terdiri dari dua pelat metal yang dipisahkan satu sama lain dengan bahan isolasi. Sistem penghantar kapasitor dibuat dari lapisan alumunium murni atau semprotan logam. Sistem dielektrik kapasitor dapat dibuat dari : 1. Keseluruhan dielektriknya dari kertas

(kondensator kertas tissue), 2. Lapisan campuran kertas plastik, 3. Lapisan plastic dengan cairan perekat

yang dipadatkan.

Dalam kondisi di lapangan, kapasitor ini di desain dapat menahan kuat medan berkisar 15V per micron. Rugi dayanya berkisar antara 2,4 – 3,5 watt/kVAR.

Gambar 2. Struktur Kapasitor

Pemilihan Jenis Kapasitor

Pemakaian kapasitor seri dan parallel pada sistem tenaga akan menimbulkan

daya reaktif untuk memperbaiki faktor daya dan tegangan, karenanya akan menambah kapasitas sistim dan mengurangi kehilangan energi. Dalam kapasitor seri, daya reaktif berbanding lurus dengan kuadrat arus beban, sedangkan pada kapasitor parallel, berbanding lurus dengan kuadrat tegangannya. Berikut adalah faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan kapasitor parallel dan seri.

Perbaikan Faktor Daya

Beban listrik gedung atau industri umumnya berupa beban induktif dengan faktor daya 80% tertinggal ( lagging ). Oleh karena itu, jenis beban seperti ini yang distribusi arusnya mengikuti terhadap tegangannya, seperti yang terlihat pada gambar 2.4. Cosinus dari sudut yang dibentuk antara arus dan tegangan terima (Vt) dikenal sebagai faktor daya (Power Factor).

Gambar 3. Diagram Phasor Perbaikan faktor daya

(5)

Gambar 4. Segitiga Daya

Perbaikan Faktor Daya Dengan Daya Aktif Tetap

Bila faktor daya semula kita sebut Cos 1 dan diperbaiki menjadi Cos 2 maka besarnya kapasitor = Qc, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan :

Qc = P ( tan 1 - tan 2 ) kVAR Dimana :

Qc = Daya Reaktif ( kVAR ) P = Daya Aktif ( kW )

1 = Sudut fasa awal

Perbaikan Faktor Daya Dengan Daya Semu Tetap

Daya reaktif kapasitif (kVAR) yang dipasok oleh kapasitor dalam rangka perbaikan faktor daya adalah

Cos 2 =

 

Qc



Rencana Perbaikan Faktor Daya Berdasarkan rencana penambahan daya sebesar 300 kVA yang telah dijelaskan pada

permasalahan, secara perhitungan matematis daya PLN terpasang saat ini tidak mampu untuk mensuplai penambahan daya baru.

Tabel 1. Kondisi Daya Awal

No. Data Beban Total Daya

1 Smax (PLN) 1250 kVA

2 Sterpakai (Bangunan 1131,64 kVA

Lama)

Sisa Daya Tidak Terpakai 118.38 kVA

Berdasarkan kondisi pada tabel diatas, maka penulis akan mencoba melakukan analisa perbaikan faktor daya dengan target nilai Cos  sebagai berikut :

Tabel 2. Target Cos 

Target Cos Target Cos Target Cos

₁ ₂ ₃

0.90 0.95 0.98

4.5.1 Target Nilai Cos 1

Target nilai faktor daya 1 (Cos  1) sebagai bahan analisa pertama

(6)

penulis menentukan nilai cos  = 0.9

lagging.

Tabel 3. Perhitungan Kompensasi Daya 1

Faktor Daya 1 Faktor Daya 2 (Lama) (Baru) 0.76 lagg 0.90 lagg

 Pengukuran Kondisi Beban Tertinggi ( Tabel 3 ) Cos ₁ = 76% = 0.76 lagg Cos ₂ = 90% = 0.90 lagg S = 860.01 + j735.5 = 1131.4 kVA Sehingga : Q1 = P tan 

= P tan (arc cos )

= 860.01 tan ( arc cos 0.76 ) = 860.01 tan ( 40.53 ) = 735.29 kVAR

Faktor daya yang diinginkan = 0.90 , maka perhitungannya menjadi :

Q2 = P tan 

= 860.01 tan ( arc cos 0.90 )

= 860.01 tan ( 25.84 ) = 416.48 kVAR

Sehingga nilai Qc yang digunakan untuk perbaikan faktor daya adalah : Qc = Q₁ – Q₂

Qc = 735.29 kVAR – 416.48 kVAR Qc = 318.81 kVAR  320 kVAR

Jikadilakukanperhitungan dengan pengurangan nilai cos , maka perhitungannya sebagai berikut :

Tabel 4. Perbaikan nilai Faktor Daya Cos ₁ Cos ₂ 0.76 lagg 0.90 lagg

Tan ₁ Tan ₂

0.85 0.48

Dari tabel 4 diperoleh : = Tan ₁ - Tan ₂ = 0.85 – 0.48 = 0.37

Sehingga Perbaikan faktor dayanya adalah :

Qc = P x 0.65 Qc = 860.01 x 0.37

(7)

Qc = 318.20 kVAR  320 kVAR

 Perhitungan nilai Daya Semu (S) setelah perbaikan faktor daya :

√ √ √ √

Dari perhitungan diketahui bahwa nilai faktor daya dari hasil pengukuran dan perhitungan pada beban 860.01 kW menunjukan nilai rata-rata 0.76 lagging. Dengan menggunakan

persamaan (3), diperoleh nilai daya

reaktif 416.48 kVAR. Setelah dilakukan perbaikan nilai faktor daya menjadi 0.90, diperoleh Power Factor Correction sebesar 320 kVAR.

Target nilai faktor daya 2 ( Cos  2 ) sebagai bahan analisa kedua penulis

menentukan nilai cos  = 0.95 lagging.

Tabel 5. Perhitungan Kompensasi Daya 2

Faktor daya yang diinginkan = 0.95 , maka perhitungannya menjadi

(8)

Q2 = P tan 

Qc = 735.29 kVAR – 282.59 kVAR Qc = 452.69 kVAR  455 kVAR Jika dilakukan perhitungan dengan pengurangan nilai cos , maka perhitungannya sebagai berikut :

0.85 0.32

Dari tabel 4.8 diperoleh : = Tan ₁ - Tan ₂

= 0.85 – 0.32 = 0.53

Sehingga Perbaikan faktor

dayanya adalah : Qc = P x 0.53 Qc = 860.01 x 0.65

Qc = 455.8 kVAR  456 kVAR

√ √ √ √

Berdasarkan perhitungan diatas dapat diketahui bahwa nilai faktor daya dari hasil pengukuran dan perhitungan pada beban 860.01 kW menunjukan nilai rata-rata 0.76 lagging. Dengan menggunakan persamaan (3) dan perbaikan faktor daya menjadi 0.95, diperoleh nilai daya reaktif 282.59

(9)

kVAR dengan nilai Power Factor Correction sebesar 455 kVAR.

Target nilai faktor daya 3 ( Cos  3 ) sebagai bahan analisa ketiga penulis menentukan nilai cos  = 0.98 lagging.

Tabel 7. Perhitungan Kompensasi Daya 3

= 860.01 tan ( arc cos 0.76 )

= 860.01 tan ( 40.53 ) = 735.29 kVAR

Faktor daya yang diinginkan = 0.98 , maka perhitungannya menjadi :

Q2 = P tan 

Qc = 735.29 kVAR - 174.50 kVAR Qc = 560.79 kVAR  560 kVAR Jika dilakukan perhitungan dengan pengurangan nilai cos , maka perhitungannya sebagai berikut :

0.85 0.2

(10)

= Tan ₁ - Tan ₂ = 0.85 – 0.2 = 0.65

Sehingga Perbaikan faktor dayanya adalah :

Qc = P x 0.65 Qc = 860.01 x 0.65

Qc = 559.0 kVAR  560 kVAR

√

√ √ √

Dari perhitungan dapat diketahui bahwa nilai faktor daya dari hasil pengukuran dan perhitungan pada beban 860.01 kW menunjukan nilai rata-rata 0.76 lagging. Dengan menggunakan persamaan (3),

diperoleh nilai daya reaktif 175.50 kVAR. Setelah dilakukan perbaikan nilai faktor daya menjadi 0.98, diperoleh Power Factor Correction sebesar 560 kVAR.

Setelah dilakukan analisa perhitungan perbaikan faktor daya dapat diketahui nilai perbaikan faktor daya yang dibutuhkan adalah sebagai berikut :

Tabel 9. Total Perhitungan & perbandingan perbaikan faktor daya

Perbaikan Pf Correction Faktor Daya Cos ₁ (0.76) - Cos ₁ (0.90) 320 kVAR Cos ₂ (0.95) 455 kVAR Cos ₃ (0.98) 560 kVAR

4.8.2 Perhitungan Instalasi Kapasitor Bank

Setelah menentukan target nilai cos  baru menjadi 0.95 lagging, langkah selanjutnya adalah melakukan analisa

(11)

perbandingan metode instalasi kapasitor bank.

4.8.2.1 Instalasi Kapasitor Bank

Terpusat ( Global Compensation )

 Pengukuran Kondisi Beban Lama ditambah beban baru

Cos ₁ = 76% = 0.76 lagg Cos ₂ = 95% = 0.95 lagg

S = 1065.01 + j909.96 = 1431.64 kVA Sehingga :

Q1 = P tan 

Faktor daya yang diinginkan = 0.95 , maka perhitungannya menjadi : Q2 = P tan 

= 1065.01 tan ( arc cos 0.95 ) = 1065.01 tan ( 18.19 ) = 349,95 kVAR

Sehingga nilai Qc yang digunakan untuk perbaikan faktor daya adalah :

Qc = Q₁ – Q₂

Qc = 910,56 kVAR – 349,95 kVAR Qc = 560.61 kVAR  565 kVAR

Jikadilakukanperhitungan dengan pengurangan nilai cos , maka perhitungannya sebagai berikut :

0.85 0.32

Dari tabel 4.20 diperoleh : Tan ₁ - Tan ₂

= 0.85 – 0.32 = 0.53

Sehingga Perbaikan faktor

dayanya adalah : Qc = P x 0.53 Qc = 1065.01 x 0.53

(12)

SIMPULAN DAFTAR PUSTAKA

Dari perhitungan dan analisis yang telah [1] Basri, Hasan. Ir.. “Sistem Distribusi dilakukan pada bab IV, maka dapat Daya Listrik”. Jakarta: Desember, 1997. diambil beberapa simpulan diantaranya:

[2] A.Salam, Abdelhaay. “Electric

1. Usaha perbaikan faktor daya dari Distribution System”. Willey 0,76 lagging menjadi 0,95 lagging Publication 2011.

dapat mengatasi dan menanggung

[3] Abdillah, Margiono. “Kapasitor penambahan beban baru sebesar 300

Bank Untuk Jaringan Listrik”. YKT kVA dengan tanpa melakukan

Pontianak. 2014. penambahan suplai daya dari PLN.

2. Perbaikan faktor daya menjadi 0.95 [4] Tohir, Toto, ST., MT. “Analisa Sistem Tenaga” Politeknik Negeri lagging membutuhkan kapasitor

Bandung.2013. bank untuk kompensasi daya reaktif

sebesar 565 kVAR. Namun [5] Hayt, William H. Kemmerly, Jack dikarenakan kapasitas kapasitor bank E. Durbin, Steven M.., “Rangkaian yang ada dipasaran rata-rata sebesar Listrik Jilid 1”, Erlangga. Jakarta. 2014. 50 kVAR, maka kapasitor bank yang

[6] Al Naseem, Osamaa. A. “Impact Of akan dipasang menjadi 600 kVAR

Power Factor Correction In The yang dipasang sebanyak 12 step

Electrical Distribution System”. dengan nilai kapasitor masing-

Journal. Kuwait University. 2011

masing step sebesar 50 kVAR.

3. Perbaikan faktor daya dari 0,76

[7] Tiwari, Anant Kumar. “Automotive Power Factor Correction Using lagging menjadi 0,95 lagging dapat

Capacitor Bank”. Journal. Insttitu menurunkan nilai arus total sebesar

Science and Technology Bilaspur.

20 %, dari total konsumsi arus 1683